(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖移送パイプを介して第２暖流体リザーバに接続された第１暖流体リザーバと；
冷移送パイプを介して第２冷流体リザーバに接続された第１冷流体リザーバと；
前記第１冷流体リザーバに前記第１暖流体リザーバを接続する第１ガス導管と；
前記第２冷流体リザーバに前記第２暖流体リザーバを接続する第２ガス導管と；
前記第１暖流体リザーバ内と、前記第２暖流体リザーバ内と、前記暖移送パイプ内とに配置された暖ディスプレーサ流体と；
前記第１冷流体リザーバ内と、前記第２冷流体リザーバ内と、前記冷移送パイプ内とに配置された冷ディスプレーサ流体と；
前記第１暖流体リザーバ内および前記第１冷流体リザーバ内に第１ガス圧をかける第１作動ガスと；
前記第２暖流体リザーバ内および前記第２冷流体リザーバ内に第２ガス圧をかける第２作動ガスとを具え；
前記第１暖流体リザーバと前記第２暖流体リザーバは、自然の水塊における鉛直方向の温度勾配に従って、前記第１冷流体リザーバと前記第２冷流体リザーバから鉛直方向に離れて配置されており；
暖ディスプレーサ流体または冷ディスプレーサ流体の何れかの流れをエネルギ変換装置からの出力エネルギに変えるよう適合された少なくとも１つのエネルギ抽出装置と；
暖移送パイプ内に配置された第１流量制御弁と；
冷移送パイプ内に配置された第２流量制御弁と；
前記第１流量制御弁および前記第２流量制御弁と通信する制御部とを具え；
前記制御部は、決められた時間に前記第１流量制御弁と前記第２流量制御弁とを開閉して、前記暖ディスプレーサ流体と前記冷ディスプレーサ流体の交替交代の方向の流れを維持するよう適合されていることを特徴とするエネルギ変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギ変換装置において、前記温度勾配が、各作動ガスの圧力を交互に増減させて前記暖ディスプレーサ流体を前記暖流体リザーバ間で循環させ、前記冷ディスプレーサ流体を前記冷流体リザーバ間で循環させることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエネルギ変換装置において、
前記第１ガス導管と前記第２ガス導管は、前記暖ディスプレーサ流体が前記第１冷流体リザーバと前記第２冷流体リザーバへ通過するのを禁止し、前記冷ディスプレーサ流体が前記第１暖流体リザーバと前記第２暖流体リザーバへ通過するのを禁止するよう配置されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエネルギ変換装置において、
前記第１ガス導管と前記第２ガス導管が垂直に配向されており、前記ガス導管の各々の頂部端は各暖流体リザーバ内の最も高い暖ディスプレーサ流体の位置より上に配置され；
各ガス導管の底部端は各冷流体リザーバ内の最も高い冷ディスプレーサ流体の位置より上に配置されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載のエネルギ変換装置において、前記制御部は、前記暖ディスプレーサ流体または前記冷ディスプレーサ流体の流れをもたらすために前記第１作動ガスと前記第２作動ガスとの間に十分な差圧が発達する時間を考慮するよう適合されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載のエネルギ変換装置において、前記暖移送パイプおよび前記冷移送パイプの少なくとも一方の中に少なくとも１つのタービンが配置されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載のエネルギ変換装置が、
前記暖移送パイプおよび前記冷移送パイプの少なくとも一方に配置された少なくとも１つのノズルを具え、前記ノズルは、前記暖流体リザーバまたは前記冷流体リザーバの各々の中の前記第１作動ガスまたは前記第２作動ガスの各々へ前記暖ディスプレーサ流体または前記冷ディスプレーサ流体の各々を噴射するよう配置されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載のエネルギ変換装置が、
前記冷ディスプレーサ流体に接触する予冷器であって、前記冷ディスプレーサ流体から熱を取り除くよう適合された予冷器を具えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１に記載のエネルギ変換装置が、
前記暖ディスプレーサ流体に接触する予熱器であって、前記暖ディスプレーサ流体に熱を加えるよう適合された予熱器を具えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のエネルギ変換装置において、
前記エネルギ抽出装置がタービン発電機を含むことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のエネルギ変換装置が、
循環ポンプと通じるノズルを具え、前記ノズルと循環ポンプが前記冷流体リザーバの一方または双方内の前記冷ディスプレーサ流体を循環するよう配置されており、前記冷ディスプレーサ流体が前記作動ガスへ噴射されるとき前記作動ガスが前記冷ディスプレーサ流体によって冷却されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
各々が噴射ノズルで終端される出口を有する暖流体移送パイプであって、自身に配置された第１暖流体弁を有する第１暖流体移送パイプおよび自身に配置された第２暖流体弁を有する第２暖流体移送パイプを介して第２暖流体リザーバに接続された第１暖流体リザーバと；
各々が噴射ノズルで終端される出口を有する冷流体移送パイプであって、自身に配置された第１冷流体弁を有する第１冷流体移送パイプおよび自身に配置された第２冷流体弁を有する第２冷流体移送パイプを介して第２冷流体リザーバに接続された第１冷流体リザーバと；
前記第１冷流体リザーバに前記第１暖流体リザーバを接続する第１ガス導管と；
前記第２冷流体リザーバに前記第２暖流体リザーバを接続する第２ガス導管と；
前記第１暖流体リザーバ内と、前記第２暖流体リザーバ内と、前記第１暖移送パイプ内または前記第２暖移送パイプ内の少なくとも１つとに配置された暖ディスプレーサ流体と；
前記第１冷流体リザーバ内と、前記第２冷流体リザーバ内と、前記第１冷移送パイプ内または前記第２冷移送パイプ内の少なくとも１つとに配置された冷ディスプレーサ流体と；
前記第１暖流体リザーバ内および前記第１冷流体リザーバ内に第１ガス圧をかける第１作動ガスと；
前記第２暖流体リザーバ内および前記第２冷流体リザーバ内に第２ガス圧をかける第２作動ガスと；
前記第１暖流体リザーバと前記第２暖流体リザーバは、自然の水塊における鉛直方向の温度勾配に従って、前記第１冷流体リザーバと前記第２冷流体リザーバから鉛直方向に離れて配置されており；
前記第１暖流体弁と、前記第２暖流体弁と、前記第１冷流体弁と、前記第２冷流体弁と通信する制御部であって、適切な前記第１暖流体弁と、前記第２暖流体弁と、前記第１冷流体弁と、前記第２冷流体弁とを決められた時間に開閉して、前記暖ディスプレーサ流体と前記冷ディスプレーサ流体の交替交代の方向の流れを維持し、各移送パイプの各出口の方向と各噴射ノズルの方向へ一方向の流れを強制するよう適合されいる制御部と；
前記第１ディスプレーサ流体または前記第２ディスプレーサ流体の何れかの流れをエネルギ変換装置の出力エネルギに変換するよう適合される少なくとも１つのエネルギ抽出装置と、を具えることを特徴とするエネルギ変換装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエネルギ変換装置において、前記温度勾配が、各作動ガスの圧力を交互に増減させて前記暖ディスプレーサ流体を前記暖流体リザーバ間で循環させ、前記冷ディスプレーサ流体を前記冷流体リザーバ間で循環させることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のエネルギ変換装置において、
前記第１ガス導管と前記第２ガス導管は、前記暖ディスプレーサ流体が前記第１冷流体リザーバと前記第２冷流体リザーバへ通過するの禁止し、前記冷ディスプレーサ流体が前記第１暖流体リザーバと前記第２暖流体リザーバへ通過するのを禁止するよう配置されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載のエネルギ変換装置において、前記制御部は、前記第１作動ガスと前記第２作動ガスとの間に十分な差圧が発達する時間を考慮するよう適合されており、各ノズルに前記暖ディスプレーサ流体または前記冷ディスプレーサ流体の噴射をもたらすことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載のエネルギ変換装置が、
前記冷ディスプレーサ流体に接触する予冷器であって、前記冷ディスプレーサ流体から熱を取り除くよう適合された予冷器を具えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載のエネルギ変換装置が、
前記暖ディスプレーサ流体に接触する予熱器であって、前記暖ディスプレーサ流体に熱を加えるよう適合された予熱器を具えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
エネルギ生成方法であって、
第１流量制御弁が配置された暖移送パイプを介して、第２暖流体リザーバに第１暖流体リザーバを接続するステップと；
第２流量制御弁が配置された冷移送パイプを介して、第２冷流体リザーバに第１冷流体リザーバを接続するステップと；
第１ガス導管を介して前記第１冷流体リザーバに前記第１暖流体リザーバを接続するステップと；
第２ガス導管を介して前記第２冷流体リザーバに前記第２暖流体リザーバを接続するステップと；
前記第１暖流体リザーバ内と、前記第２暖流体リザーバ内と、前記暖移送パイプ内とに暖ディスプレーサ流体を配置するステップと；
前記第１冷流体リザーバ内と、前記第２冷流体リザーバ内と、前記冷移送パイプ内とに冷ディスプレーサ流体を配置するステップと；
前記第１暖流体リザーバ内および前記第１冷流体リザーバ内に第１ガス圧をかける第１作動ガスを提供するステップと；
前記第２暖流体リザーバ内および前記第２冷流体リザーバ内に第２ガス圧をかける第２作動ガスを提供するステップと；
前記第１暖流体リザーバと前記第２暖流体リザーバは、自然の水塊における鉛直方向の温度勾配に従って、前記第１冷流体リザーバと前記第２冷流体リザーバから鉛直方向に離れて配置されており；
決められた時間に前記第１流量制御弁と前記第２流量制御弁とを開閉して、前記暖ディスプレーサ流体と前記冷ディスプレーサ流体の交替交代の方向の流れを維持するステップと；
前記暖ディスプレーサ流体または前記冷ディスプレーサ流体の何れかの流れをエネルギ変換装置の出力エネルギに変換するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法がさらに、
前記作動ガスへ前記冷ディスプレーサ流体を噴射するとき前記作動ガスが前記冷ディスプレーサ流体によって冷却されるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法がさらに、
熱交換器に前記冷ディスプレーサ流体を通過するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法がさらに、
熱交換器に前記暖ディスプレーサ流体を通過するステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する特許出願の相互参照
本出願は、参照により本書に組み込まれる２００８年３月５日に提出された米国仮出願第６１／０６８，２１５号明細書と、参照により本書に組み込まれる２００８年１０月２０日に提出された米国仮出願第６１／１０６，６１５号明細書との優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、エネルギ変換の分野に関し、特に海洋熱エネルギ変換システムで使用されるスターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００３】
スターリングエンジンは、熱力学のスターリングサイクルを利用する周知のマシンであり、熱エネルギを機械エネルギまたは電気エネルギに変換する。典型的なスターリングエンジンでは、空気、水素またはヘリウムなどの作動ガスが熱源によって交互に加熱され、ヒートシンクによって冷却される。加熱サイクルと冷却サイクルに応じた作動ガスの膨張と圧縮は１以上のピストンを駆動するのに用いられ、これは一般にシャフトまたは駆動ギアシステムを順に駆動する。
【０００４】
ある周知の種類のスターリングエンジンは、図１Ａ乃至１Ｄに関して記載されるディスプレーサ型スターリングエンジンである。まず図１Ａを参照すると、ディスプレーサ型スターリングエンジン１００は１つのパワーピストン１０２とディスプレーサ１０４を含む。作動ガス１０６は、ディスプレーサ１０４の一方の側からディスプレーサ１０４の他方の側にチャンバ１０８内で移動する。チャンバ１０８の一方の側の加熱と、チャンバ１０８の他方の側の冷却とが、作動ガス１０６の交替交代の膨張と収縮をディスプレーサ１０４の相互の側で繰り返させ、これは順にチャンバ１０８の暖側と冷側との間でディスプレーサ１０４を交互に移動させる。作動ピストン１０２は、ディスプレーサチャンバ１０８と通じる第２チャンバ１１０内をしっかりと密閉し、チャンバの暖側の作動ガス１０６が膨張するパワーストローク中に上方へ押し進められる。作動ピストン１０２は、クランクシャフトによって、例えばディスプレーサ１０４に機械的に連結されてもよく、これは時間を計って相対動作を調整する。機械的連結は、図示されないが、作動ピストン１０２に作動ガス１０６を圧迫させ、ディスプレーサ１０４に下方運動（図１Ｂ）を提供する。熱は熱交換器１１２によって作動ガス１０６から抽出され、ディスプレーサの冷側の作動ガス１０６の圧縮を助長し、このガスをディスプレーサの周囲で移動させ、チャンバ（図１Ｃ）の暖側を再充満させる。次いで、冷作動ガスはチャンバ（図１Ｄ）の暖側で加熱され、パワーピストン１０２を駆動し、ディスプレーサ１０４を下方に移動する。これによりエネルギは、チャンバの暖側と冷側との間の温度差に応じて作動ガスから抽出される。
【０００５】
様々なシステムと方法が知られており、海洋からエネルギを抽出し、海洋熱エネルギを他の形態の有用なエネルギに変換する。一定の技術的な障害が克服されるとき、海洋熱エネルギ変換（ＯＴＥＣ）の分野は再生可能なエネルギ源としての非常に有望である。海洋からエネルギを抽出するために、ＯＴＥＣシステムは、暖かい海洋表面から海洋深くの非常に冷たい水にまで及ぶ部分を含まなければならない。不都合にも、ディスプレーサ型スターリングエンジンは以前、大きなサイズのディスプレースメントチャンバが必要とされ、かつ長距離に及ぶ様々な機械的連結によりＯＴＥＣシステムに使用するには非実用的であることが分かった。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、外部の温度勾配からエネルギを抽出する熱力学のスターリングサイクルを利用する流体ディスプレーサエンジンを提供する。作動ガスは、各々の２つの隣接したシリンダ内に配置され、暖ディスプレーサ流体と冷ディスプレーサ流体の動作によって各シリンダの暖領域から冷領域へ循環させられる。各チャンバ内の作動ガスの交替交代の加熱と冷却は、ディスプレーサ流体を一のシリンダから別のシリンダへ流れさせ、一方の作動ガスに他方の作動ガスを順に膨張収縮させることができる。ディスプレーサ流体の流れは、制御弁の使用によって最適に制御することができる。エネルギは、ディスプレーサ流体の流路内のタービンの使用によってディスプレーサ流体の流れから抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の前述その他の特徴と利点は、添付する図面と共に取り扱われる以下の実施例の詳細な説明から十分に理解されるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは、先行技術に係るディスプレーサ型スターリングエンジンの１つの動作状態の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、先行技術に係るディスプレーサ型スターリングエンジンの１つの動作状態の概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、先行技術に係るディスプレーサ型スターリングエンジンの１つの動作状態の概略図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、先行技術に係るディスプレーサ型スターリングエンジンの１つの動作状態の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの動作状態の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの動作状態の概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの動作状態の概略図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの動作状態の概略図である。
【図４】図４は、作動ガスへ冷ディスプレーサ流体を噴射して効率的に熱交換するポンプとノズル機構を含む流体ディスプレーサの概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係るディスプレーサ流体ノズルと効率的な動作の熱交換を含む流体ディスプレーサエンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の様々な実施例は、ディスプレーサ型スターリングエンジンの固体ディスプレーサを一組の暖ディスプレーサチャンバと冷ディスプレーサチャンバとの間で循環する暖ディスプレーサ流体と冷ディスプレーサ流体とに置換することによって、従来知られているスターリングエンジンと従来知られているＯＴＥＣシステムの欠点を克服する。
【０００９】
本発明の実施例は、図２を参照して記載される。流体ディスプレーサエンジン３００は、暖移送パイプ３１０を介して第２暖流体リザーバ３０４に接続された第１暖流体リザーバ３０２を含む。第１冷流体リザーバ３０６は、冷移送パイプ３１２を介して第２冷流体リザーバ３０８に接続される。第１暖流体リザーバ３０２は、第１ガス導管３１４を介して第１冷流体リザーバ３０６に接続する。第２暖流体リザーバ３０４は、第２ガス導管３１６を介して第２冷流体リザーバ３０８に接続する。
【００１０】
暖ディスプレーサ流体３１８は、第１暖流体リザーバ３０２内と、第２暖流体リザーバ３０４内とに配置され、暖移送パイプ３１０を介してこれらの間を通過する。冷ディスプレーサ流体３２０は、第１冷流体リザーバ３０６内と、第２冷流体リザーバ３０８内とに配置され、冷移送パイプ３１２を介してこれらの間を通過する。暖ディスプレーサ流体３１８は、第１ガス導管３１４および第２ガス導管３１６を介して第１冷流体リザーバ３０６または第２冷流体リザーバ３０８の何れかへ通過するのを禁止される。冷ディスプレーサ流体３２０は、第１ガス導管３１４および第２ガス導管３１６を介して第１暖流体リザーバ３０２または第２暖流体リザーバ３０４の何れかへ通過するのを禁止される。
【００１１】
実施例では、第１ガス導管３１４と第２ガス導管３１６が垂直に配向されている。各ガス導管の頂部端は各暖流体リザーバ３０２，３０４内で最も高い暖ディスプレーサ流体の水位より上に配置される。各ガス導管３１４，３１６の底部端は、各冷流体リザーバ３０６，３０８内で最も高い冷ディスプレーサ流体の水位より上に配置される。
【００１２】
第１作動ガス３２２は、第１ガス導管３１４を介して第１暖流体リザーバ３０２と第１冷流体リザーバ３０６との間を自由に移動する。第２作動ガス３２４は、第２暖流体リザーバ３０４と第２冷流体リザーバ３０８との間を自由に移動する。暖流体リザーバ３０２，３０４と冷流体リザーバ３０６，３０８との間の温度勾配は、各作動ガス３２２，３２４の圧力を交互に増減させて暖ディスプレーサ流体３１８を暖流体リザーバ３０２，３０４間で循環させ、冷ディスプレーサ流体３２０を冷流体リザーバ３０６，３０８間で循環させる。流量制御弁（図示せず）は、例えば移送パイプ３１０，３１２で用いられてもよく、暖ディスプレーサ流体３１８と冷ディスプレーサ流体３２０の交替交代の方向の流れを維持し、第１作動ガス３２２と第２作動ガス３２４との間に十分な差圧が発達する時間を考慮する。エネルギは、暖ディスプレーサ流体の流れおよび／または冷ディスプレーサ流体の流れに接触するエネルギ抽出装置を提供することによってディスプレーサ流体の流れから抽出することができ、流体ディスプレースメントエンジン３００の出力エネルギを提供する。この分野で既知の様々なエネルギ抽出装置が適しており、例えば暖移送パイプ３１０内および／または冷移送パイプ３１２内にタービン発電機（図示せず）が提供されてもよい。本発明の実施例は、制御弁とタービン発電機の機構を含み、図３Ａ乃至３Ｄを参照して記載される。
【００１３】
図３Ａでは、流体ディスプレーサエンジン４００が示されており、第１作動ガス４２２は、第１冷流体リザーバ４０６の冷たい環境から第１暖流対リザーバ４０２内に押し込まれる。第１暖流対リザーバ４０２の暖かい環境は、第１作動ガス４２２に熱を加える。第２作動ガス４２４は、第２暖流体リザーバ３０４の暖かい環境から第２冷流体リザーバ４０８内に押し込まれる。第２冷流体リザーバ４０８の冷たい環境は、第２作動ガス４２４から熱を取り除く。暖移送パイプ４１０内の第１弁４３０が閉じられ、冷移送パイプ４１２内の第２弁４３２が閉じられ、暖ディスプレーサ流体４１８と冷ディスプレーサ流体４２０の流れを禁止し、これによって第１作動ガス４２２と第２作動ガス４２４の一定容積を維持する。第１作動ガス４２２の圧力は暖まると増加し始め、第２作動ガス４２４の圧力は冷えると減少し始める。
【００１４】
図３Ｂでは、流体ディスプレーサエンジン４００の次の状態が示されており、第１作動ガス４２２は第１暖流体リザーバ４０２内で加熱され、第２作動ガス４２４より高圧を有し、第２作動ガス４２４は第２冷流体リザーバ４０８内で冷却される。次いで、第２弁４３２が開かれ、第１弁４３０は閉じ続ける。第１作動ガス４２２と第２作動ガス４２４との間の差圧が、第１作動ガス４２２の圧力が第２作動ガス４２４の圧力と等しくなるまで第１冷流体リザーバ４０６から第２冷流体リザーバ４０８へ冷移送パイプ４１２を介して冷ディスプレーサ流体４２０を流す。
【００１５】
実施例では、第１タービン４３４が暖移送パイプ４１０内に配置され、第２タービン４３６が冷移送パイプ４１２内に配置される。冷移送パイプ４１２を介した冷ディスプレーサ流体４２０の流れは、第２タービン４３６の回転をもたらし、これは発電機または他の機械デバイスを駆動するのに用いられ、流体ディスプレーサエンジン４００からエネルギを抽出する。
【００１６】
図３Ｃでは、流体ディスプレーサエンジン４００の次の状態が示されており、次いで第１弁４３０と第２弁４３２が双方とも閉じられる。第２作動ガス４２４は、冷ディスプレーサ流体４２０の流れによって第２冷流体リザーバ４０８から第２暖流体リザーバ４０４へ圧縮移動され、第２暖流体リザーバ４０４の暖かい環境によって加熱されて第２作動ガス４２４の圧力を増加する。第１作動ガス４２２は、第１暖流体リザーバ４０２から第１冷流体リザーバ４０６へ膨張移動され、第２冷流体リザーバ４０６の冷たい環境によって冷却されて第１作動ガス４２２の圧力を減少する。
【００１７】
図３Ｄでは、流体ディスプレーサエンジン４００の次の状態が示されており、第２作動ガス４２４は第２暖流体リザーバ４０４内で加熱され、第１作動ガス４２２より高圧を有し、第１作動ガス４２２は第１冷流体リザーバ４０６内で冷却される。次いで、第１弁４３０が開かれ、第２弁４３２は閉じ続ける。第１作動ガス４２２と第２作動ガス４２４との間の差圧が、第２暖流体リザーバ４０４から第１暖流体リザーバ４０２へ暖移送パイプ４１０を介して暖ディスプレーサ流体４１８を流す。暖移送パイプ４１０を介した暖ディスプレーサ流体４１８の流れは、第１タービン４３４の回転をもたらし、流体ディスプレーサエンジン４００からエネルギを抽出する。
【００１８】
図３Ａ乃至３Ｄに関して記載されるサイクルは、新しいサイクル毎に方向を逆にして連続的に繰り返す。
【００１９】
実施例では、独創的な流体ディスプレーサエンジンが海洋熱エネルギ変換（ＯＴＥＣ）機構について用いられる。この実施例では、暖流体リザーバは海洋表面またはその近くに配置され、冷流体リザーバは海洋水が実質的により冷たい海洋深く、例えば約２００メートルの深さに配置され、海洋の自然な温度勾配を利用し、これによって海洋から熱エネルギを抽出する。暖流体リザーバと冷流体リザーバとの間の温度勾配はさらに、暖流体チャンバの太陽エネルギ吸収を最大化することによって増加することができる。
【００２０】
本発明の様々な実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの効率は、作動ガスの加熱速度と冷却速度の増加によって改善することができる。暖流体リザーバと冷流体リザーバの構造および／または第１ガス導管と第２ガス導管は、それらの表面積を最大化することによって、例えば、または作動ガス（および／または流体）と外部環境との間の接点にヒートシンクやヒートパイプなどのデバイスを利用することによって外部環境と効率的に熱交換するよう設計されてもよい。
【００２１】
本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの効率を増加する方法が、図４を参照して記載される。流体ディスプレーサエンジン４５０の冷作動流体４６０は、ノズル４６２，４６４へ流体をポンプで汲み上げることによって冷流体リザーバ４５６，４５８の一方または双方内で循環される。ノズル４６２，４６４からの冷作動流体の噴射は、これが噴射される作動ガス４６６の冷却速度を増加する。ノズル４６２と４６４は、作動ガス内でディスプレーサ流体を蒸発させないで作動ガスへディスプレーサ流体の粒子を噴射するよう設計されている。循環ポンプ４７６および４７８は、当業者に明らかなように電力と制御信号を受信する図示しない手段によって外部に接続され、適切な循環ポンプ４７６，４７８が望ましい時間に起動され、各冷流体リザーバ４５６，４５８内の作動ガスを冷却する。弁４６８，４７０は、図３Ａ乃至３Ｄの実施例に関して上記に記載されるよう操作される。タービン４７２，４７４または他のエネルギ抽出装置は、図３Ａ乃至３Ｄに関して上記に記載される作動流体からエネルギを抽出するのに用いることができる。
【００２２】
循環ポンプ４７６，４７８は、各ディスプレーサ流体リザーバ内でディスプレーサ流体を循環させるよう示されているが、本発明の様々な実施例（図示せず）は、ディスプレーサ流体チャンバの外に延在し、次いで任意に熱交換器を通って、各ディスプレーサ流体リザーバ内へ戻る循環経路を含む。少なくとも一実施例では、各ディスプレーサ流体リザーバは循環ポンプを装備しており、これはディスプレーサ流体を対応する熱交換器へ通過させ、次いで例えば、ディスプレーサ流体リザーバ内へ戻り、ノズルを介して、ディスプレーサ流体を噴射する。
【００２３】
本発明の実施例に係る流体ディスプレーサエンジンの効率を増加する方法が、図５を参照して記載され、冷ディスプレーサ流体がノズルを通り、適切な冷流体リザーバ内へ噴射され、作動ガスをより効率的に冷却する。流体ディスプレーサエンジン５００は、暖流体移送パイプ５０７と暖流体弁５１０を介して第２暖流体リザーバ５０４に接続された第１暖流体リザーバ５０２を含む。第１冷流体リザーバ５０６は、第１冷流体移送パイプ５１２と第１冷流体弁５１３を介して第２冷流体リザーバ５０８に接続される。第１冷流体リザーバ５０６はさらに、第２冷流体移送パイプ５１５と第２冷流体弁５１７を介して第２冷流体リザーバ５０８に接続される。
【００２４】
図５に示される実施例は、制御部によって例えば、１つの冷移送パイプの入口から同じ移送パイプの出口へ一方向の流れを強制する一方、別の冷移送パイプの流れを閉じるよう弁５１３と５１７が制御されるという点を除いて、図３に関して記載される実施例と実質的に同一の方法で実行する。冷流体移送パイプ５１２，５１５はノズル５１９の出口で終端され、これはディスプレーサ流体を各チャンバ内へ噴射させ、これにより効率的に作動ガスから熱を吸収する。ノズルは、作動ガス内でディスプレーサ流体を蒸発させないで作動ガスへディスプレーサ流体の粒子を噴射するよう設計されている。
【００２５】
実施例では、タービン５２１が暖移送パイプ５０７，５１０内と、冷移送パイプ５１２，５１５内に配置される。適切な移送パイプを介したディスプレーサ流体の流れは、各タービンの回転をもたらし、これは発電機または他の機械デバイスを駆動するのに用いられ、流体ディスプレーサエンジン５００からエネルギを抽出する。
【００２６】
流体ディスプレーサエンジン５００の効率はさらに、適切な流体リザーバへ各ディスプレーサ流体を移送中に暖ディスプレーサ流体を予熱することによっておよび／または冷ディスプレーサ流体を予冷することによって強化されてもよい。実施例では、予熱コイル５２３が暖移送パイプ５０７内に配置され、予冷コイル５２５が各冷移送パイプ５１２，５１５に配置される。あるいはまたは予熱コイル５２３と予冷コイル５２５に加えて、様々な他の予熱および／または予冷機構を用いてディスプレーサ流体を適切な流体リザーバに移動するときにこれを予熱および／または予冷してもよい。
【００２７】
本書で開示される様々な弁は、手動により、または例えば機械的連結、マイクロコントローラまたは他のマイクロプロセッサシステムなど任意の数の異なる制御種類により制御される。コンピュータ制御弁とポンプの使用がディスプレーサ流体の移送タイミングを提供し、作動ガスとディスプレーサ流体との間の熱伝導を最適化することを当業者は認識すべきである。一実施例では、例えば、暖ディスプレーサ流体と冷ディスプレーサ流体の移送はポンプの使用によって助長され、１つのディスプレーサ流体リザーバから別の対応するディスプレーサ流体リザーバへのディスプレーサ流体の流れを支援する。この実施例では、コンピュータ制御弁は正確なタイミングを提供し、作動ガスとディスプレーサ流体との間に最適な熱伝導を達成する。作動ガス内にノズルを介して噴射される冷ディスプレーサ流体に加えて、コンピュータ制御弁とポンプの使用は、暖ディスプレーサチャンバ内のノズルの使用と組み合わせることができ、作動ガスへ暖ディスプレーサ流体を噴射する。
【００２８】
暖ディスプレーサ流体と冷ディスプレーサ流体は、同じ流体または異なる流体でもよく、好ましくは高い熱容量を有する。本発明の様々な実施例に係る暖ディスプレーサ流体と冷ディスプレーサ流体としての使用に適した流体の実施例は、水または実質的に流体ディスプレースメントエンジンの作業温度と作業圧力を加えられる作動ガスの存在下で状態を変化しない任意の液体を含む。
【００２９】
第１作動ガスと第２作動ガスは、同じ種類のガスまたは異なる種類のガスでもよく、好ましくは高い熱容量を有する。本発明の様々な実施例に係る作動ガスとしての使用に適したガスの実施例は、例えば空気、窒素、水素およびヘリウムを含む。
【００３０】
本発明は実施例を参照して記載されているが、様々な他の変更、省略、および／または追加がなされてもよいこと、および実質的な均等物は本発明の趣旨および範囲から外れずに、その要素の代わりに用いてもよいことが当業者に理解されるであろう。さらに、多くの変更がなされて、その範囲から外れずに本発明の教示に特別の状態あるいは材料を適合してもよい。したがって、本発明は開示された特別の実施例に限定されず、本発明を実行することが意図されているが、本発明は添付されたクレームの範囲内にある全ての実施例を含むであろう。さらに、用語「第１」、「第２」などの使用について全く具体的に述べていない場合には、順序の重要性を全く表わさないが、むしろ用語「第１」、「第２」等は１つの要素を別の要素と区別するのに用いられる。
【図１Ａ】
0005599729.tif 000002
【図１Ｂ】
0005599729.tif 000003
【図１Ｃ】
0005599729.tif 000004
【図１Ｄ】
0005599729.tif 000005
【図２】
0005599729.tif 000006
【図３Ａ】
0005599729.tif 000007
【図３Ｂ】
0005599729.tif 000008
【図３Ｃ】
0005599729.tif 000009
【図３Ｄ】
0005599729.tif 000010
【図４】
0005599729.tif 000011
【図５】
0005599729.tif 000012